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# Phase 7-1: Deferred Rendering — Design Spec
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## Overview
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`voltex_renderer`에 디퍼드 렌더링 파이프라인을 추가한다. 기존 포워드 PBR은 유지하고, G-Buffer + Lighting Pass 구조의 디퍼드 파이프라인을 새 모듈로 구현한다.
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## Scope
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- G-Buffer (4 MRT: Position, Normal, Albedo, Material + Depth)
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- G-Buffer Pass 셰이더 (기하 데이터 기록)
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- Lighting Pass 셰이더 (풀스크린 쿼드, Cook-Torrance BRDF, 멀티 라이트, 섀도우, IBL)
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- 풀스크린 삼각형
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- deferred_demo 예제
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## Out of Scope
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- 포워드 파이프라인 제거/변경
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- 투명 오브젝트 (디퍼드에서 처리 어려움, 별도 포워드 패스 필요)
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- G-Buffer 압축/최적화 (octahedral normal, depth-position 복원 등)
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- Light volumes (sphere/cone 렌더링으로 라이트 컬링)
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- Stencil 기반 최적화
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## Render Pass Architecture
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### Pass 1: G-Buffer Pass
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MRT(Multiple Render Targets)로 기하 데이터 기록.
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| RT | Format | Content |
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|----|--------|---------|
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| RT0 | Rgba32Float | World Position (xyz) |
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| RT1 | Rgba16Float | World Normal (xyz, normalized) |
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| RT2 | Rgba8UnormSrgb | Albedo (rgb) |
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| RT3 | Rgba8Unorm | R=metallic, G=roughness, B=ao |
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| Depth | Depth32Float | Depth (기존 공유) |
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**Bind Groups:**
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- Group 0 (dynamic): CameraUniform (view_proj, model)
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- Group 1: PBR Textures (albedo + normal map)
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- Group 2 (dynamic): MaterialUniform
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**Shader:** 버텍스 → 월드 변환, 프래그먼트 → G-Buffer 기록. TBN 노멀맵 적용.
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### Pass 2: Lighting Pass
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풀스크린 삼각형 렌더, G-Buffer를 텍스처로 읽어 라이팅 계산.
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**Bind Groups:**
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- Group 0: G-Buffer textures (4개) + sampler
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- Group 1: LightsUniform + CameraPosition
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- Group 2: Shadow map + shadow sampler + ShadowUniform + BRDF LUT + BRDF sampler
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**Shader:** 기존 pbr_shader.wgsl의 Cook-Torrance BRDF 로직을 재사용.
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- G-Buffer에서 position, normal, albedo, metallic/roughness/ao 읽기
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- 멀티 라이트 루프 (directional, point, spot)
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- PCF 섀도우
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- IBL ambient (procedural sky + BRDF LUT)
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- Reinhard 톤매핑 + 감마 보정
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## Module Structure
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### 새 파일
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- `crates/voltex_renderer/src/gbuffer.rs` — GBuffer 타입 (텍스처 생성/리사이즈)
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- `crates/voltex_renderer/src/fullscreen_quad.rs` — 풀스크린 삼각형 정점
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- `crates/voltex_renderer/src/deferred_pipeline.rs` — 파이프라인 생성 (gbuffer pass + lighting pass)
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- `crates/voltex_renderer/src/deferred_gbuffer.wgsl` — G-Buffer pass 셰이더
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- `crates/voltex_renderer/src/deferred_lighting.wgsl` — Lighting pass 셰이더
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### 수정 파일
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- `crates/voltex_renderer/src/lib.rs` — 새 모듈 등록
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## Types
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### GBuffer
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```rust
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pub struct GBuffer {
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pub position_view: TextureView, // Rgba32Float
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pub normal_view: TextureView, // Rgba16Float
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pub albedo_view: TextureView, // Rgba8UnormSrgb
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pub material_view: TextureView, // Rgba8Unorm
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pub depth_view: TextureView, // Depth32Float
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pub width: u32,
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pub height: u32,
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}
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```
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- `new(device, width, height) -> Self`
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- `resize(device, width, height)` — 윈도우 리사이즈 시 재생성
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### DeferredPipeline
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```rust
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pub struct DeferredPipeline {
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pub gbuffer_pipeline: RenderPipeline,
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pub lighting_pipeline: RenderPipeline,
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pub gbuffer_bind_group_layouts: [BindGroupLayout; 3], // camera, texture, material
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pub lighting_bind_group_layouts: [BindGroupLayout; 3], // gbuffer, lights, shadow+ibl
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}
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```
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- `new(device, surface_format) -> Self`
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### Fullscreen Triangle
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```rust
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pub struct FullscreenTriangle {
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pub vertex_buffer: Buffer,
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}
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```
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3 정점: (-1,-1), (3,-1), (-1,3) — 클리핑으로 화면 커버. UV는 셰이더에서 position으로 계산.
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## Bind Group Details
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### G-Buffer Pass
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**Group 0 — Camera (dynamic offset):**
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- binding 0: CameraUniform (view_proj, model, camera_pos)
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**Group 1 — Textures:**
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- binding 0: albedo texture
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- binding 1: albedo sampler
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- binding 2: normal map texture
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- binding 3: normal map sampler
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**Group 2 — Material (dynamic offset):**
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- binding 0: MaterialUniform (base_color, metallic, roughness, ao)
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### Lighting Pass
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**Group 0 — G-Buffer:**
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- binding 0: position texture
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- binding 1: normal texture
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- binding 2: albedo texture
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- binding 3: material texture
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- binding 4: sampler (shared, nearest)
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**Group 1 — Lights:**
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- binding 0: LightsUniform
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- binding 1: CameraPositionUniform (vec3 + padding)
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**Group 2 — Shadow + IBL:**
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- binding 0: shadow depth texture
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- binding 1: shadow comparison sampler
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- binding 2: ShadowUniform
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- binding 3: BRDF LUT texture
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- binding 4: BRDF LUT sampler
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## Shader Summary
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### deferred_gbuffer.wgsl
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Vertex: position → world (model * pos), normal → world (model * normal), TBN 계산, UV 전달.
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Fragment outputs (4 targets):
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```wgsl
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struct GBufferOutput {
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@location(0) position: vec4<f32>,
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@location(1) normal: vec4<f32>,
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@location(2) albedo: vec4<f32>,
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|
@location(3) material: vec4<f32>,
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}
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```
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- position.xyz = world position
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- normal.xyz = TBN-mapped world normal
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- albedo.rgb = texture sample * base_color
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- material = vec4(metallic, roughness, ao, 1.0)
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### deferred_lighting.wgsl
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Vertex: 풀스크린 삼각형, UV 계산.
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Fragment:
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1. G-Buffer 샘플링
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2. Cook-Torrance BRDF (기존 pbr_shader.wgsl 로직)
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3. 멀티 라이트 루프
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4. PCF 섀도우
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5. IBL ambient
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6. Reinhard 톤매핑 + 감마
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## Test Plan
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### gbuffer.rs
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- GBuffer 생성: 텍스처 크기 확인
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- 리사이즈: 새 크기로 재생성
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### fullscreen_quad.rs
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- 정점 데이터: 3개 정점, 올바른 좌표
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### 통합 (수동)
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- deferred_demo 예제: 다수 포인트 라이트 + 디퍼드 렌더링
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- G-Buffer 시각화 (디버그용: position/normal/albedo 각각 출력)
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## Constraints
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- max_bind_groups=4: G-Buffer pass 3개, Lighting pass 3개 사용 → 제약 내
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- MRT: wgpu는 최대 8개 color attachment 지원. 4개 사용.
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- Rgba32Float: Position에 32-bit float 사용 (정밀도 우선, 최적화는 추후)
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